Учебно-методический комплекс по предмету обсуждена на заседании кафедры «Химическая технология»

Рамные и камерные фильтр-прессы. Фильтры периодического действия рамного типа широко используют в промышленности благодаря сравнительно простому устройству и возможности проводить процесс при повышенном давлении (обычно 0,3-0,5 МПа). Типовой конструкцией является плиточно-рамный фильтр-пресс (рис. 2.1). Фильтровальными перегородками в нем служат прямоугольные отрезки ткани, зажатые между череду­ющимися рамами 2 к плитами 3. Плиты и рамы (обычно чугунные) расположены вертикально и закреплены на опорной конструкции, состоящей из стоек, опорной 1 и прижимной 5 плит, двух опорных брусьев 4 круглого сечения и гидравлического или электромеха­нического зажима 6. В малых фильтр - прессах используют ручной винтовой зажим. Для подвода суспензии, промывной жидкости и сжатого воздуха опорная плита 1 снабжена штуцерами (бобыш­ками) 7 и 8. Плиты фильтров с раздельным отводом фильтрата снабжены кранами 9.

Рама (рис. 2.2) имеет сквозную полость в и гладко обработан­ные края 2. В плите выполнены две впадины, разделенные стен­кой 4, ребра 3 немного не доходят до нижнего края впадин и слу­жат опорой для фильтровальной ткани. Плиты и рамы опираются приливами (ручками) на опорные брусья. В краях плит и рам имеются отверстия г и е, образующие при сжатии плит каналы для подачи суспензии, сжатого воздуха и промывной жидкости, а также канал для отвода фильтрата. Отверстия г для суспензии радиальными отверстиями сообщаются с полостями е рам, а отвер­стия е для сбора фильтрата - с впадинами плит.

Используют также фильтр - прессы с раздельным отводом филь­трата из каждой плиты. В этом случае сквозные отверстия е отсутствуют, а впадины каждой плиты соединены с отводным отверстием в ее нижней части, снабженным краном. Вытекающий из кранов фильтрат собирается в специальный желоб, откуда отводится по назначению. Таким образом, можно отключить закрытием кранов те плиты, из которых выходит загрязненный фильтрат (например, из-за повреждения фильтровальной ткани).

После окончания фильтрации осадок промывается жидкостью. По окончании промывки происходит осушка осадка сжатым воздухом, подаваемым по каналу для суспензии или промывной жидкости. Затем освобождают зажим, плиты, и рамы поочередно отодвигают по опорным брусьям в сторону зажима и из полостей рам вручную скребком или лопаткой удаляют осадок, падающий в расположенное под фильтром корыто. После выгрузки осадка плиты и рамы вновь собирают, зажимают и цикл работы фильтра повторяется.

Основные преимущества рамных фильтр - прессов — большая удельная поверхность фильтрации, отнесенная к единице массы аппарата, отсутствие движущихся частей, возможность отключать отдельные плиты (при раздельном отводе фильтрата). Благодаря значительной движущей силе фильтр обладает высокой произ­водительностью единицы фильтрующей поверхности.
2.3. БАРАБАННЫЕ ВАКУУМ ФИЛЬТРЫ

Барабанные вакуум-фильтры относятся к аппаратам непрерыв­ного действия. Их рабочий орган медленно вращающийся цилиндрический барабан с двойной стенкой. Одна из стенок (чаще наружная) перфорирована и снабжена фильтровальной перегород­кой (покрыта тканью или сеткой). Полость между стенками с тор­цов барабана закрыта кольцевыми крышками и служит для сбора фильтрата, отводимого затем из фильтра по дренажным трубкам. Осадок снимается с барабана при его вращении ножом или другим заменяющим его устройством.

Примером такого фильтра может служить барабанный ячейко­вый вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью - наиболее распространенный фильтр непрерывного действия. Ос­новной рабочий элемент машины - барабан 4 (рис. 2.4), про­странство, между стенками которого разделено радиальными перегородками на ряд ячеек. Ячейки закрыты перфорированными листами, прикрепленными к перегородкам и бортам винтами с потайными головками.

Снаружи перфорированные листы покрыты фильтровальной тканью. Каждая ячейка снабжена дренажной трубкой 9. Трубки служат одновременно спицами, связывающими барабан со ступи­цей, к которой крепятся полые цапфы. Обычно трубки образуют сплошной конический диск с каналами, переходящий в ступицу. Цапфами 3 и 8 барабан опирается на подшипниковые узлы 2 и 5, закрепленные на станине фильтра. Барабан приводится во вра­щение через зубчатое колесо 1, закрепленное на цапфе 3, частота вращения 10-50 ч^-1. Нижняя часть барабана погружена в сус­пензию, подаваемую в корыто 13, последнее снабжено переливной трубой 12. В нижней части корыта под барабаном помещена маят­никовая мешалка 14 с приводом 15, закрепленная на шарнирах и совершающая касательное движение. Мешалка препятствует гравитационному осаждению суспензии и образованию осадка на дне корыта. Над барабаном расположено устройство 10 для промывки осадка, состоящее из коллектора, ряда форсунок, разбрызгивающих промывную жидкость, и полосы ткани, натянутой на ролики и предохраняющей осадок от размывания. Ячейки фильтра соединены дренажными трубками с продольными каналами в стенке полой цапфы 5. При вращении барабана каждая ячейка через дренажную трубку, канал цапфы и распределитель­ное устройство 6 соединяется через штуцера 7 попеременно со сборниками основного и промывного фильтратов, находящимися под вакуумом, и с источником сжатого воздуха, служащего для отделения (отдувки) осадка от фильтровальной ткани перед снятием его ножом 11 и для регенерации (очистки) фильтроваль­ной ткани.

Распределительное устройство состоит из круглого корпуса, ячейковой и распределительной шайб. Корпус разделен перегородками на отсеки и снабжен штуцерами. Ячейковая шайба, закрепленная на цапфе барабана, имеет по окружности ряд отвер­стий (по числу ячеек фильтра) и вращается вместе с барабаном. Распределительная шайба, закрепленная на неподвижном кор­пусе распределительного устройства, имеет секторные окна. Шайбы пришлифованы и прижаты одна к другой действием ва­куума и пружины.
На каждой ячейке последовательно происходят различные стадии процесса. Ячейки барабана 1 (рис. 2.5), находящиеся в зоне I (фильтрование), погружены в суспензию (в корыто 13) и через -распределительное устройство 8 соединены со сборником основного фильтрата и с вакуумной системой. Под действием вакуума происходит фильтрация суспензии. На поверхности ячеек, покрытой фильтровальной тканью, образуется осадок; фильтрат собирается в полостях ячеек и через дренажные трубы 2 и отсек 12 распределительного устройства отводится в сборник. По мере движения ячейки в пределах этой зоны толщина осадка постепенно увеличивается. В зоне II (первое обезвоживание) ячейки уже не погружены в суспензию, но еще соединены со сбор­ником основного фильтрата. Здесь происходит первое обезвожи­вание осадка под действием вакуума воздухом, вытесняющим жидкость из пор осадка.

В зоне III (промывка) осадок орошается промывной жидкостью, поступающей на его поверхность из форсунок 4 через поры ткани 5, натянутой на ролики 3. Здесь ячейки через отсек 6 распределительного устройства 8 соединены со сборником про­мывного фильтрата. Под действием вакуума промывная жидкость фильтруется через осадок, вытесняя из его пор остатки жидкой фазы суспензии.

В зоне IV (второе обезвоживание) осадок не орошается, но ячейки остаются соединенными со сборником промывного филь­трата. Затем в зоне V (удаление осадка) через штуцер 7 в ячейки подается сжатый воздух. При деформации и колебаниях филь­тровальной ткани осадок от нее отделяется и падает на нож 9. С ножа осадок соскальзывает в бункер - сборник осадка.
Регенерация (очистка) ткани происходит в зоне VI. Здесь ячейка погружена в суспензию и в нее через штуцер 10 подается сжатый воздух. При барботаже воздуха через суспензию проис­ходит отмывка ткани от частиц, застрявших в ее порах.

ОПОРНЫЕ СЛОВА

Гетерогенные, суспензия, сплошная фаза, аэрозоли, фильтр, пористые перегородки, рамные, плиты и рамы, фильтр – пресс, барабанные, перфорированные листы, фильтровальная ткань, распределительное устройство.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. На какие виды подразделяются неоднородные системы?

2. Какие процессы применяются для разделения неоднородных систем?
3. С помощью чего осуществляется разделение неоднородных систем в фильтрах?
4.Объясните принцип работы рамного фильтр-пресса.
5. Каково основное преимущество рамных фильтр-прессов?
6. Что является основным рабочим органом барабанного вакуум фильтра?
7. Устройства и принцип работы барабанного вакуум фильтра?
8. Какие процессы происходит в зонах БВФ?
ЛЕКЦИЯ № 3 «Правила эксплуатации производства хлористого калия»
(4 часа)
3.1. Центрифуги
3.2. Гидроциклоны
3.3. Пылеочистное оборудование

3.1. ЦЕНТРИФУГИ

Один из распространенных способов разделения жид­ких неоднородных систем в процессах химической технологии - центрифугирование. Центрифугированием называют процесс ме­ханического разделения неоднородных систем в поле центробеж­ных сил, создаваемых во вращающемся барабане центрифуги.

Методом центрифугирования достигается достаточно четкое и в то же время быстрое разделение суспензий и эмульсий в цен­тробежном поле. В центрифугах разделяют самые разнообразные жидкие неоднородные системы: сырую нефть, суспензии поливинилхлоридной смолы, смазочные и растительные масла, смеси кристаллов солей с маточными растворами, каменноугольный шлам, суспензию крахмала, дрожжевую суспензию и др.
Центрифуги делят, на два основных класса: осадительные и фильтрующие.
Осадительные центрифуги не вполне правильно иногда назы­вают отстойными. Их отличительная конструктивная особен­ность - наличие барабана со сплошной (неперфорированной) стенкой. Разделение суспензии или эмульсии в такой центрифуге происходит осаждением (или всплыванием) взвешенных в жид­кости твердых частиц или капель другой жидкости под действием центробежных сил. Осаждение частиц в центрифуге происходит так же, как в отстойнике, но со значительно большей скоростью.
Фильтрующие центрифуги, используемые только для разделе­ния суспензий, имеют барабаны с перфорированной стенкой. Поверхность барабана изнутри обычно покрыта фильтровальной перегородкой (тканью или сеткой). Фильтрующие центрифуги являются по существу фильтрами, в которых движущая сила (разность давлений) создается под действием центробежных сил, действующих на вращающуюся в барабане жидкость.
По величине движущей силы центрифуги превосходят фильтр - прессы; если в последних рабочая разность давлений обычно не превышает 0,3-0,5 МПа, то в центрифугах она составляет 1-2 МПа. Значительно проще в центрифугах организовать тщатель­ную промывку осадка и непрерывную или механизированную его выгрузку. Основное преимущество фильтрующих центрифуг - эффективная осушка осадка. Например, при отделении на цен­трифугах кристаллов солей от маточных растворов влажность осад­ка обычно не превышает 1-2 %, что недостижимо в фильтрах. Недостатки всех центрифуг - наличие вращающегося ротора и его опор, повышенный расход энергии на привод и ограниченная поверхность фильтрования или осаждения.
Основные параметры. Фактор разделения (критерий Фруда) характеризует степень интенсификации процесса в центрифуге по сравнению с аналогичным процессом в гравитационном поле. При этом осадительное центрифугирование сопоставляют с гравита­ционным отстаиванием, а центробежное фильтрование - с филь­трованием под гидростатическим давлением при одинаковых тол­щинах слоев суспензии.
Целесообразно определить фактор разделения как отношение движущих сил осаждения одиночной частицы в центрифуге и гравитационном отстойнике. В отстойнике частица осаждается под действием разности ее веса и выталкивающей силы, т. е. движу­щая сила F₀ = mg - m₁g, где m - масса частицы; m₁ - масса жидкости, вытесненной частицей; g - ускорение свободного па­дения.
Аналогично в центробежном поле движущая сила равна раз­ности центробежной силы, действующей на частицу, и архиме­довой центробежной силы, обусловленной действием центробеж­ных сил на окружающую частицу жидкость:

F_ц = mω₂r - m₁ ω₂r (3.1)

где ω - угловая скорость; r - радиус вращения частицы (вместе с жидкостью и барабаном центрифуги). Фактор разделения

K_р = F_ц/F₀ = ω₂r /g (3.2)

показывает, во сколько раз ускорение (напряженность) центро­бежного поля ω₂r превышает ускорение свободного падения. Как отношение однородных величин, фактор разделения - вели­чина безразмерная.

Так как радиус r в формуле (2.2) не является постоянной величиной, в разных зонах барабана центрифуги фактор разде­ления имеет неодинаковые значения; поэтому различают номиналь­ный и эффективный факторы разделения. Как характеристику конкретной конструкции центрифуги используют номинальный фактор разделения (максимально возможное его значение)

К_р.н = 2n²D, (3.3)

где n - частота вращения ротора центрифуги, с^-1; D - наиболь­ший внутренний диаметр барабана, м.

Различают центрифуги тихоходные (К_{р. н} < 1000), нормаль­ные (1000 < К_р.н < 3500) и скоростные или сверхцентрифуги (К_{р. н} > 3500).